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Untersuchung eines selektiven MOCVD-Prozesses zur Herstellung von Kobaltdeckschichten für die Kupfermetallisierung

Area Selective Metal Organic Chemical Vapor Deposition of Cobalt Capping Layer for Copper Interconnections

  • Die stetig fortschreitende Miniaturisierung in der Herstellung elektronischer Schaltkreise führt zu immer geringeren Leitungsquerschnitten. Daraus folgt ein Anstieg der Stromdichte, welcher ein erhöhtes Ausfallrisiko des Schaltkreises durch Elektromigration zur Folge hat. Hierbei findet eine diffusionsgetriebene Umlagerung von Kupferatomen statt, wodurch Unterbrechungen der Leiterbahnen oder Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterzügen entstehen können. Elektromigration kann durch die Abscheidung von Adhäsionsschichten effektiv verringert werden. Hierfür werden auch mittels MOCVD abgeschiedene Kobaltschichten in Betracht gezogen. Ziel dieser Arbeit war es, auf Basis der theoretisch zu erwartenden Einflüsse der ver-schiedenen Prozessparameter einen Versuchsplan zu erstellen und den MOCVD-Prozess zur Herstellung von Kobaltdeckschichten für die Kupfermetallisierung systematisch zu untersuchen. Um Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen zu verhindern, musste ein materialselektiver Abscheidungsprozess entwickelt werden. Die Einflüsse der Prozess-parameter auf die Abscheidung wurden untersucht und Auswirkungen auf das Wachstumsverhalten und die Eigenschaften der Kobaltschichten diskutiert. Die Schicht-charakterisierung belegte, dass es gelungen war einen materialselektiven Abscheidungs-prozess zu entwickeln. Es konnte ein Beschichtungsprozess etabliert werden, welcher es ermöglicht Kobalt bevorzugt auf den Kupferleiterbahnen und nicht auf den umliegenden isolierenden Gebieten abzuscheiden. Für ein reproduzierbares Beschichtungsergebnis ist ein in-situ Vorbehandlungsprozess erforderlich. Sowohl für die Entfernung oberflächlicher Adsorbate als auch für die Reduktion von gebundenem Sauerstoff konnte ein effektives Vorgehen entwickelt werden.
  • As the feature size of microelectronic devices is scalds down, the conductor cross section decreases and the electrical current density increases. Under these conditions, electromigration (EM) can lead to electrical failure of interconnects. Electromigration is the diffusion of ionized metal atoms in a conductor caused by an electric current. It can cause mass depletion at one end of the line and a corresponding accumulation at the opposite of the line. This flux can form voids in the metallization or shorts between adjacent conducting tracks. The deposition of adhesion layers can decrease the influence of EM on the reliability of conducting lines. One effective approach is the deposition of a cobalt metal capping layer on top of the copper lines using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). To prevent shorts between adjacent lines, a selective process must be developed. In this work, the influences of the process parameters on selectivity and rate of the deposition was studied. Also, the effects on the properties and the growth of the films were discussed. This way, a selective deposition process was achieved. It shows a much higher deposition rate on top of the copper lines than on the dielectric. To ensure a highly repeatable deposition process, an in-situ pre clean step has to be performed. An effective approach for the removal of adsorbates as well as the reduction of bonded oxygen was worked out.

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Metadaten
Author:Torsten Martin
Advisor:Andreas NeidhardtGND, Benjamin Uhlig
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Name:Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien (IPMS-CNT)
Fraunhofer IPMS-CNT, Königsbrücker Straße 180, 01099 Dresden, 01099 Dresden
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2015
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2015/01/21
Release Date:2018/02/22
Tag:Kobalt Deckschichten; MOCVD; Metallorganische Gasphasenabscheidung; TXRF; XPS
Cobalt Capping Layer; MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition; TXRF; XPS
Page Number:50 Seiten, 32 Abb., 7 Tab., 92 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik